利用高光谱成像检测玫瑰花瓣中灰葡萄孢菌的严重程度以应用于植物育种


发布时间:

2025-05-26

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利用高光谱成像技术检测玫瑰花瓣上灰霉病(Botrytis cinerea)严重程度的方法,以辅助植物育种。灰霉病是一种常见的植物真菌病害,对玫瑰等植物影响较大。传统的抗病育种方法存在主观性强、效率低等问题,因此需要开发高通量、客观的检测方法。

 

研究者选取了18种不同颜色的玫瑰品种,通过人工接种灰霉病菌,利用高光谱成像技术对花瓣进行监测。高光谱成像能够捕捉植物在不同波长下的光谱信息,有助于检测植物的生理和病理变化。
 
研究结果表明,高光谱成像可以有效检测玫瑰花瓣上的灰霉病感染,并且能够与人类视觉评分相关联。通过光谱数据分析,研究者能够区分感染和未感染的花瓣,并且可以预测感染的严重程度。此外,通过特征选择分析,研究者确定了几个关键的光谱波段,这些波段对于检测灰霉病感染至关重要,有助于开发成本更低的多光谱系统。
 
总的来说,这项研究展示了高光谱成像技术在植物育种中的应用潜力,特别是在检测生物和非生物胁迫方面。通过这种方法,育种者可以更有效地筛选抗病品种,加速育种进程。

 

图1.(A)带有葡萄孢菌损伤的红玫瑰(Mensink, 2022),(B)黄玫瑰被葡萄孢菌引起的灰霉病

 

图2.在浸渍后(DPI) 2 d内及时测定了玫瑰花瓣中有无葡萄孢菌的平均光谱响应。(A) 灰霉病感染花瓣的时间光谱,(B)模拟花瓣的时间光谱,(C) 灰霉病感染花瓣的标准正常变量标准化光谱,(D)模拟花瓣的标准正常变量标准化光谱。

 

图3.基于不同时间点的光谱,利用偏最小二乘交叉验证结果对孢霉菌感染样本与模拟样本进行分类。(A)基于全光谱范围(400—1000 nm)的反射率数据分析,(B)基于仅近红外范围的反射率数据分析,(C)基于全光谱范围SNV归一化反射率数据分析,(D)仅近红外(750—1000 nm)的SNV归一化反射率数据分析。该图显示了交叉验证(RMSECV)值在y轴上的均方根误差与x轴上分量数量的函数。DPI:侵染天数。

 

 图4.根据侵染后1天(DPI)的光谱对感染与未感染/模拟样品进行分类,并在2 DPI上进行完整光谱范围(400 - 1000 nm)的测试。(A)基于原始反射率校准的1 DPI数据模型,(B)基于2 DPI数据测试的1 DPI模型,(C)基于归一化反射率校准的1 DPI数据模型,(D)基于2 DPI归一化数据测试的1 DPI模型。在每个子图的标题中提到了总体精度。在方框内给出特定类别的准确率和样本数量。

 

图5.玫瑰花瓣灰霉病严重程度检测的空间预测图。最上面一行是受感染的花瓣,最下面一行是未受感染的花瓣。黄色的对比表示葡萄孢的严重程度。

 

 图6.玫瑰花瓣孢霉侵染检测关键波长(特征)的选择。(A)交叉验证分析,6个波长

(B)选择的波长表示为垂直线。

 
来 源

Zerdoner M, Gabriëls S, Arens P, et al. Detection of Botrytis cinerea severity in rose petals using hyperspectral imaging for plant breeding applications[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2025, 233: 110210.

 

编辑

杨静静

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